Redressement monophasé commandé

Redressement monophasé commandé
C.P.G.E-TSI-SAFI
Redressement monophasé commandé
Introduction :
Un montage redresseur commandé permet d’obtenir une tension continue réglable à
partir d’une tension alternative sinusoïdale. L’utilisation de composants tels que les thyristors
permet de réaliser des redresseurs dont la tension moyenne de sortie peut varier en fonction de
l’angle de retard à l’amorçage.
I. Redressement monophasé simple sur charge résistive pure R :
On considère que le thyristor est parfait. φ est appelé angle de retard à l’amorçage. Il est
synchronisé sur le réseau. Il correspond à un temps de retard à l’amorçage t ϕ =
ϕ
.T .
2π
VAK
i
TH
220V
50Hz
R
Ve
VS
i
a. chronogrammes :
VGK
Ve
π
φ
wt
2π
Vs
VAK
π
φ
φ
2π
φ+2π
2π
b. analyse de fonctionnement :
Quelque soit l’état de TH on a : Ve= VAK+ Vs.
• Ve(t)>0 ⇒ VAK>0 : le thyristor peut être amorcé.
- si iG = 0A : TH reste bloqué ( i =0 ) : VAK = Ve et Vs = 0.
Mr BENGMAIH
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Si une impulsion de courant iG suffisante apparaît sur sa gâchette alors TH devient
Ve
passant et VAK =0, Vs = Ve et iD = .
R
• Ve(t) =0 ⇒ i =0A : le thyristor se bloque naturellement.
• Ve(t) < 0 ⇒ VAK>0 : le thyristor ne peut pas être amorcé. Il est bloqué
même si une impulsion de courant apparaît sur sa gâchette.
Remarques :
• Vs, i et VAK ont la même période que Ve ⇒ 2π rad.
• Le thyristor doit supporter en inverse VM.
V
• Le courant i = S s’annule périodiquement, nous sommes en régime de conduction
R
discontinu.
• En pratique pour s’assurer qu’un thyristor s’amorce, on envoie sur sa gâchette un train
d’impulsions.
c. valeur moyenne de la tension redressée :
Calculons la valeur moyenne <Vs> de vs(t) :
T
2π
2π
π
VM
1
1
V
Vs = ∫ VS ( t ) .dt =
VS (θ ).dθ =
sin (θ ).dθ ⇒ Vs = M  − cos (θ ) ϕ
∫
∫
T 0
2π 0
2π ϕ
2π
-
1 + cos (ϕ )
VM
.VM .
 − cos (π ) + cos (ϕ )  =
2π
2π
Remarques :
• la valeur moyenne de la tension Vs peut être ajustée en fonction de l’angle de retard à
l’amorçage φ.
V
1 + cos (ϕ )
•
iD = S =
.VM .
R
2π .R
V
Traçons l’allure de VS = f (ϕ ) pour 0 ≤ ϕ ≤ 2π . Donc: 0 ≤ VS ≤ M .
⇒ Vs =
π
II. Redressement monophasé sur charge RL :
Avant l’instant d’application de l’impulsion de commande à t = t0, le thyristor est bloqué
⇒ i = 0 d’où : Vs = 0 ; mais lorsque l’impulsion est appliquée : Th est fermé ⇒ VAK = 0
di (t )
⇒ Ve = VM sin wt = Vs = Ri (t ) + L
dt
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VAK
i
TH
220V
50Hz
R
Vs
Ve
L
i
Si i (t = 0) = 0 alors : ⇒ i (t ) =
R
− ( t − t0 )


L
sin
ϕ
+ ( sin ( wt − ϕ ) )  .
e

2

( Lw ) + R 2 
VM
Donc le thyristor ne se bloquera que lorsque le courant s’annule.
Ve
+VM
t
t0
T/2
t0+T
t0+2T
t
T/2
VAK
T
2T
-VM
+VM
t
T/2
T
2T
-VM
Vs
+VM
t
T/2
T
2T
-VM
Remarque : il y a apparition d’une partie négative au niveau de la tension d’entrée
qu’on peut éviter avec l’emploi d’une diode de roue libre.
III. Redressement monophasé double sur charge résistive pure R :
On prendra l’exemple d’un redresseur double alternance à deux thyristors et transformateur à
point milieu.
À t1 on amorce Th1 (modulo T)
À t1+T/2 on amorce Th2 (modulo T)
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VT1
i1
Th1
VR
v
iR
220V
50Hz
v = VM sin wt w = 2π f
f = 50Hz iR =
R
v
Th2
i2
VT2
VGK2
t
VGK1
t1+T/2
t
v
+VM
t1
T/2
t1+T
t1+2T
t
T/2
-VM
T
2T
VR
+VM
t
t1
VT1
t1+T/2
T
2T
+VM
t
t1
T
2T
-VM
-2VM
VM
R
iR
t
VM
R
i1
t1
Mr BENGMAIH
T
t
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VR
R
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En posant θ = wt et θ1 = wt1 :
• Pour 0 ≤ θ ≤ π : V1 ( t ) > 0 et V2 ( t ) < 0 :
Par conséquent : VTH 1 > 0 ⇒ TH 1 peut être amorcé ;
VTH 2 < 0 ⇒ TH 2 ne peut pas être amorcé même en présence
d’impulsion.
Tant que θ < ϕ , TH 1 et TH 2 sont bloqués :
iR = i1 = i2 = 0 ;
VR = 0 ;
VT 1 = v > 0 ;
VT 2 = −v < 0 .
A θ = ϕ < π , on amorce TH1, alors:
VT 1 = 0 ;
VR = v > 0 ;
v
i1 = iR =
;
R
i2 = 0 ;
VT 2 = −2.v < 0 .
• Pour θ = π : v =0 : iS=iTH1=0 ⇒ TH1se bloque naturellement.
• Pour π ≤ θ ≤ 2π : V1 ( t ) < 0 et v ( t ) < 0 :
Par conséquent : VT 1 < 0 ⇒ TH 1 ne peut être amorcé ;
VT 2 > 0 ⇒ TH 2 Peut être amorcé.
Tant que π ≤ θ ≤ ϕ + π , TH1 et TH2 sont bloqués :
iR = i1 = i2 = 0 ;
Aθ = π + ϕ
VR = 0 ;
VT 1 = v < 0 ;
VT 2 = −v > 0 .
< 2π , on amorce TH2, alors:
VT 2 = 0 ;
VR = −v > 0 ;
−v
i2 = iR =
;
R
i1 = 0 ;
VT 1 = 2.v < 0 .
• pour θ = 2π : v = 0 : iS=iTH2=0 ⇒ TH2se bloque naturellement.
Remarques :
le courant iR s’annule : régime de conduction interrompu.
Chaque thyristor doit supporter en inverse une tension qui dépend de φ mais ≤2.VM.
Fonctionne seulement si φ≤π.
Valeur moyenne de la tension redressée :
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V
S
1
=
T
t0 +T
1
π
∫ V ( t ).dt = π ϕ∫ V
M
S
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.sin (θ ).dθ =
1 + cos ϕ
t0
Traçons l’allure de
V
S
π
.VM .
= f (ϕ ) pour 0 ≤ θ ≤ π .
IV. Redressement double sur charge R-L-E : (Régime de conduction continue)
1. Pont tout thyristors sans diode de roue libre :
i1
V1
Th1
Is =cste
V’1
R
Th’2
Vs
Ve = VM sin wt
Amorçage de Th1,
Th’1 à α1 et de Th2,
Th’2 à α1+π
Ve
L
V2
Th2
V’2
Th’1
E
α 
L’angle d’amorçage de α1 est choisi de telle façon Ve  1  − Vs > 0 pour que la tension anodew
cathode de Th1 soit positive.
On suppose que le courant de sortie is ne s’annule pas.
Conclusion : il existe toujours un groupe (Thi, Th’i) qui conduit.
À chaque amorçage, le nouveau groupe conduit. Il dérive alors naturellement le courant is, ce
qui bloque le groupe précédent.
θ ∈ [α1 , α1 + π ] → Vs = Ve
La tension de sortie vaut donc :
θ ∈ [α1 + π , α1 + 2π ] → Vs = −Ve
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VGK2 ; V’GK2
θ
VGK1 ; V’GK1
v
α1 +
α
+V
π
θ
α
α
2π
4π
θ
π
-VM
VR
+V
θ
VT1
+V
θ
-VM
Vs =
1
π
α1 +π
∫
α
Ve sin θ dθ =
1
Ve
π
[ − cos θ ]α
α1 +π
1
2Ve
R
0
is =
π
π
α1
.
La tension moyenne en
sortie peut être positive ou
négative suivant la valeur
de α1.
2Ve
R
Vs − E
R
2Ve cos α1
Vs
π/2
-
⇒ Vs =
2Ve cos α1
=
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π
R
−E
.
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2. Pont tout thyristors avec diode de roue libre :
i1
Th1
V1
is
ir
La diode D placée aux
R bornes de la charge a pour
effet de supprimer toutes
les pointes inférieures à 0
de Vs.
Dès que Vs≤0, D entre en
L conduction →iD=is donc
ir=0→tous les thyristors se
bloquent.
Th’2
V’1
iD
ie
Ve
Vs
D
V2
Th2
V’2
Th’1
E
Vs
+VM
θ0
π
θ0+π
i1
D
Th1, Th’1
D
θ0+2π
2π
Th2, Th’2
D
θ
3π
Th1, Th’1
iD
V.
Association MCC et redresseur :
1. fonctionnement dans un quadrant :
a. Pont mixte asymétrique
iT1
Ic
ID1
Th1
A
D1
VT1
i
VD1
Uc = UAB
Ve
MCC
-----
iT2
ID2
Th2
D2
VT2
VD2
B
Mr BENGMAIH
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n
U
C.P.G.E-TSI-SAFI
Moteur
0 <α < π
1
Imoy
C
Remarque : le pont asymétrique n’a pas
besoin de diode de roue libre dans le cas
d’une charge inductive (R,L ou R,L,E) car
quand la tension Uc veut devenir négative,
les diodes D1 et D2 deviennent
conductrices et assurent la roue libre.
b. Pont mixte symétrique (voir exercice 4 TD N°7)
iT1
Ic
iT2
Th1
A
Th2
VT1
i
VT2
Uc = UAB
Ve
MCC
-----
ID1
ID2
D1
D2
VD1
VD2
B
Rque : Ce pont a les 2 cathodes réunies, donc la même commande pour les deux thyristors.
2. fonctionnement dans deux quadrants :
a. Pont PD2 tout thyristor :
iT1
Ic
iT3
Th1
A
Th3
VT1
i
VT3
Uc = UAB
Ve
MCC
-----
iT2
iT4
Th2
Th4
VT2
VT4
B
n
U
Si 0<α<π/2 : le PD2 fonctionne en redresseur
et la MCC fonctionne en moteur (quadrant 1).
1
Moteur
0 <α < π/2
4
Génératrice C
π/2 <α < π
Mr BENGMAIH
Imoy
Si π/2 < α <π : le PD2 fonctionne en onduleur
et la MCC en génératrice (quadrant 4).
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Th1
Th3
C.P.G.E-TSI-SAFI
A
Onduleur
VT3
iT1
iT3
U
Ve
iT2
iT4
2
MCC
-------
Th4
U
Génératrice
π/2 <α < π
Imoy
3
Th2
n
VT4
Moteur
0 <α < π/2
C
Redresseur
B
3. fonctionnement dans quatre quadrants :
Pont 2
Pont 1
Pont 2 : Onduleur
Génératrice
π/2 <α < π
Moteur
0 <α < π/2
Pont 2 : Redresseur
n
U
2
1
3
4
Pont 1 : Redresseur
Moteur
0 <α < π/2
Génératrice
π/2 <α < π
Pont 1
Imoy
C
Pont 1: Onduleur
Pont 2
Mr BENGMAIH
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